CN107071445A - 一种全景视频帧内预测编码方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全景视频帧内预测编码方法及装置，该方法包括如下步骤：步骤一，对全景视频进行采样，将全景视频转化为平面视频；步骤二，将该平面视频的各视频帧分成若干预测块，根据编码顺序与各预测块的相邻关系使用尽可能多的重建像素对当前预测块进行帧内预测，依次对该平面视频的每一帧进行编码,本发明可实现可以按照全景视频的相邻关系使用尽可能多的重建像素对当前块进行帧内预测，提高帧内预测的准确程度，从而提高压缩效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种全景视频编解码技术领域，特别是涉及一种全景视频帧内预测编码方法及装置。
背景技术
全景视频是指空间中一个观察点四周所有的场景，由这个观察点所能接收到的所有光线构成。全景视频可以抽象成一个以观察点为中心的球面。
在用计算机处理全景视频的时候，不可避免地要对全景视频进行离散化空间采样。在对全景视频进行离散化空间采样的时候，需要保证一定的空间采样密度，以达到所需的清晰度。同时，又要考虑到计算机的存储器不适合存储球面结构的数据，需要以某种方式把采样点排列到平面上。
常用的全景视频采样方法中，有经纬图采样、正六面体采样、正四棱锥采样等。传统的压缩全景视频的方式是把采样后的全景视频当成普通的平面视频，用传统的压缩方法进行压缩编码。在传统的压缩编码方法中，会利用帧内预测方法消除视频数据中的空间冗余。即在压缩编码一帧图像时，会参考已经编码的部分的重建值来预测当前编码的块，这一方法称为‘帧内预测’。
在H.264、AVS、H.265等传统视频编码标准中，帧内预测都是参考当前块的上侧和左侧的重建像素，因为在这些标准中，一帧图像被分成若干相等尺寸的方块，按照从上到下，从左到右的顺序进行编码，所以重建像素总是位于当前编码块的左侧或者上侧。
然而，对于全景视频，按照上述的编码顺序编码一帧图像中的块，可能会出现当前块的右侧或下侧的像素已经被编码并重建的情况，即右侧或下侧的像素也是可以用来进行帧内预测的，因此，如果能利用尽可能多的重建像素进行帧内预测的效果肯定会更好，可以提高帧内预测的准确性，从而提高压缩效率。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种全景视频帧内预测编码方法及装置，其可以按照全景视频的相邻关系使用尽可能多的重建像素对当前块进行帧内预测，提高帧内预测的准确程度，从而提高压缩效率。
为达上述及其它目的，本发明提出一种全景视频帧内预测编码方法，包括如下步骤：
步骤一，对全景视频进行采样，将全景视频转化为平面视频；
步骤二，将该平面视频的各视频帧分成若干预测块，根据编码顺序与各预测块的相邻关系使用尽可能多的重建像素对当前预测块进行帧内预测，依次对该平面视频的每一帧进行编码。
进一步地，步骤二进一步包括：
步骤2.1，将各视频帧划分成若干预测块；
步骤2.2，按照从上到下、从左到右的顺序与各预测块的相邻关系使用尽可能多的重建像素对当前预测块进行帧内预测并编码。
进一步地，步骤2.2进一步包括：
步骤2.2.1，根据编码顺序和相邻关系获取当前预测块的参考像素；
步骤2.2.2，根据参考像素获取当前预测块的预测值；
步骤2.2.3，利用当前预测块减去当前预测块的预测值，得到残差；
步骤2.2.4，对该残差进行变换，得到变换系数；
步骤2.2.5，对该变换系数进行量化，得到量化后的变换系数；
步骤2.2.6，对量化后的变换系数以及预测方式、预测块的形状和大小进行熵编码，得到编码输出比特；
步骤2.2.7，对量化后的变换系数进行反量化、反变换，得到重建残差；
步骤2.2.8，利用该重建残差加上当前块的预测值，得到重建块；
步骤2.2.9，保存该重建块。
进一步地，于步骤2.2.1中，根据编码顺序获取参考像素，是指当前预测块使用已经编码的块的重建值进行预测。
进一步地，根据相邻关系获取参考像素，是指当前预测块使用与当前预测块在原始球面上相邻的块的重建值进行预测。
进一步地，根据编码顺序和相邻关系获取参考像素是指参考像素所在的块必须同时满足在当前预测块之前编码和在原始球面上与当前预测块相邻两个条件。
进一步地，该参考像素是指在原始球面上位于当前预测块四周的像素。
为达到上述目的，本发明还提供一种全景视频帧内预测编码装置，包括：
采样转换单元，用于对全景视频进行采样，将全景视频转化为平面视频；
编码单元，用于将该平面视频的各视频帧分成若干预测块，根据编码顺序与各预测块的相邻关系使用尽可能多的重建像素对当前预测块进行帧内预测，依次对该平面视频的每一帧进行编码。
进一步地，该编码单元包括：
分割单元，用于将视频帧划分成若干预测块；
预测块编码单元，按照从上到下、从左到右的顺序与各预测块的相邻关系使用尽可能多的重建像素对当前预测块进行帧内预测并编码。
进一步地，该预测块编码单元包括：
参考像素获取单元，根据编码顺序和相邻关系获取当前预测块的参考像素；
预测值获取单元，根据参考像素获取当前预测块的预测值；
残差计算单元，利用当前预测块减去当前预测块的预测值，得到残差；
变换系数计算单元，用于对该残差进行变换，得到变换系数，并对该变换系数进行量化，得到量化后的变换系数；
熵编码单元，用于对量化后的变换系数以及预测方式、预测块的形状和大小进行熵编码，得到编码输出比特；
重建残差计算单元，用于对量化后的变换系数进行反量化、反变换，得到重建残差；
重建块获取单元，利用重建残差加上当前块的预测值，得到重建块，并保存重建块。
与现有技术相比，本发明一种全景视频帧内预测编码方法及装置按照全景视频的相邻关系使用尽可能多的重建像素对当前块进行帧内预测，提高了帧内预测的准确程度，从而提高了压缩效率。
附图说明
图1为本发明一种全景视频帧内预测编码方法的步骤流程图；
图2为参考像素示意图；
图3为本发明一种全景视频帧内预测编码装置的架构示意图；
图4为全景视频的经纬图采样示意图；
图5为经纬图采样时的预测编码示意图；
图6为全景视频的正六面体采样示意图；
图7为正六面体采样时的预测编码示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图1为本发明一种全景视频帧内预测编码方法的步骤流程图。如图1所示，本发明一种全景视频帧内预测编码方法，包括如下步骤：
步骤101，对全景视频进行采样，将全景视频转化为平面视频。在本发明具体实施例中，全景视频采样方法包括经纬图采样、正六面体采样等传统的全景视频采样方法，但不以此为限，也可以是未来更好的采样方法。
步骤102，将该平面视频的各视频帧分成若干预测块，根据编码顺序与各预测块的相邻关系使用尽可能多的重建像素对当前预测块进行帧内预测，依次对该平面视频的每一帧进行编码。
具体地，步骤102进一步包括如下步骤：
步骤2.1，将视频帧划分成若干预测块；
步骤2.2，按照从上到下、从左到右的顺序依次编码预测块。这里的预测块，是指矩形像素块，其尺寸最大可以是64×64，最小可以是4×4，包括4×8、8×4、8×8、4×16、16×4、16×8、8×16、16×16、32×8、8×32、32×16、16×32、32×32、16×64、64×16、32×64、64×32、64×64等。
具体地，步骤2.2包括如下步骤：
步骤2.2.1，根据编码顺序和相邻关系获取当前预测块的参考像素。根据编码顺序获取参考像素，是指当前预测块可以使用已经编码的块的重建值进行预测；根据相邻关系获取参考像素，是指当前预测块可以使用与当前预测块在原始球面上相邻的块的重建值进行预测；根据编码顺序和相邻关系获取参考像素，则是指参考像素所在的块必须同时满足‘在当前预测块之前编码’和‘在原始球面上与当前预测块相邻’两个条件，这里所述的参考像素是指在原始球面上位于当前预测块四周的像素，具体位置关系如图2所示，w表示当前预测块的列数，h表示当前预测块的行数，所述的参考像素是指编号为从-h-w-1到h+w+2的像素中已经完成重建的像素，最多包含2×(w+h+2)个像素。
步骤2.2.2，根据参考像素获取当前预测块的预测值。根据参考像素获取当前预测块的预测值，是指H.265和AVS2中采用的方法，包括直流模式、平面模式、双线性模式和各种方向性帧内预测模式，但不以此为限，也包括未来更好的方法。
步骤2.2.3，利用当前预测块减去当前预测块的预测值，得到残差；这里两个块相减是指对应位置的像素相减，所得的差构成一个块，叫做残差块，或残差；
步骤2.2.4，对残差进行变换，得到变换系数；这里的变换采用的是H.265和AVS2中采用的变换方法。
步骤2.2.5，对变换系数进行量化，得到量化后的变换系数；这里的量化采用的是H.265和AVS2中采用的量化方法。
步骤2.2.6，对量化后的变换系数以及预测方式、预测块的形状和大小等信息进行熵编码，得到编码输出比特；这里的熵编码采用的是H.265和AVS2中采用的熵编码方法。
步骤2.2.7，对量化后的变换系数进行反量化、反变换，得到重建残差；这里的反量化、反变换采用的是H.265和AVS2中采用的反量化、反变换方法。
步骤2.2.8，用重建残差加上当前块的预测值，得到重建块；
步骤2.2.9，保存重建块。
图3为本发明一种全景视频帧内预测装置的架构示意图。如图3所示，本发明一种全景视频帧内预测装置，包括：采样转换单元30、编码单元31。
采样转换单元30，用于对全景视频进行采样，将全景视频转化为平面视频。在本发明具体实施例中，采样转换单元30采用的全景视频采样方法包括经纬图采样、正六面体采样等传统的全景视频采样方法，但不以此为限，也可以是未来更好的采样方法。
编码单元31，用于将该平面视频的各视频帧分成若干预测块，根据编码顺序与各预测块的相邻关系使用尽可能多的重建像素对当前预测块进行帧内预测，依次对该平面视频的每一帧进行编码。
编码单元31进一步包括：
分割单元310，用于将视频帧划分成若干预测块；
预测块编码单元311，用于按照从上到下、从左到右的顺序依次编码预测块。这里的预测块，是指矩形像素块，其尺寸最大可以是64×64，最小可以是4×4，包括4×8、8×4、8×8、4×16、16×4、16×8、8×16、16×16、32×8、8×32、32×16、16×32、32×32、16×64、64×16、32×64、64×32、64×64等。
具体地，预测块编码单元311包括：
参考像素获取单元3110，根据编码顺序和相邻关系获取当前预测块的参考像素。根据编码顺序获取参考像素，是指当前预测块可以使用已经编码的块的重建值进行预测；根据相邻关系获取参考像素，是指当前预测块可以使用与当前预测块在原始球面上相邻的块的重建值进行预测；根据编码顺序和相邻关系获取参考像素，则是指参考像素所在的块必须同时满足‘在当前预测块之前编码’和‘在原始球面上与当前预测块相邻’两个条件，这里所述的参考像素是指在原始球面上位于当前预测块四周的像素。
预测值获取单元3111，根据参考像素获取当前预测块的预测值。根据参考像素获取当前预测块的预测值，是指H.265和AVS2中采用的方法，包括直流模式、平面模式、双线性模式和各种方向性帧内预测模式，但不以此为限，也包括未来更好的方法。
残差计算单元3112，利用当前预测块减去当前预测块的预测值，得到残差；
变换系数计算单元3113，用于对残差进行变换，得到变换系数，并对变换系数进行量化，得到量化后的变换系数；
熵编码单元3114，用于对量化后的变换系数以及预测方式、预测块的形状和大小等信息进行熵编码，得到编码输出比特；
重建残差计算单元3115，用于对量化后的变换系数进行反量化、反变换，得到重建残差；
重建块获取单元3116，利用重建残差加上当前块的预测值，得到重建块，并保存重建块。
以下将通过具体实施例来进一步说明本发明：
实施例一、
本实施例用于经纬图采样时的帧内预测，其帧内预测编码过程如下：
步骤一用经纬图采样方法对全景视频进行采样，如图4所示，得到图5中白色部分所示的平面视频；
步骤二依次编码该平面视频的每一帧，包括如下步骤：
步骤2.1将该视频帧划分成若干预测块，得到m行n列预测块，按照光栅扫描顺序编号为0，1，2，...，mn-1；
步骤2.2按照编号从小到大的顺序依次编码预测块，包括如下步骤：
步骤2.2.1根据编号和相邻关系获取当前预测块的参考像素，编号为n-1的预测块可以参考编号为n-1和0的预测块的重建值，编号为kn-1(k＝2,3,...,m)的预测块可以参考编号为(k-1)n-1、kn-2和kn-n的预测块的重建值；编号为0的预测块没有任何其他块可以参考；编号为k(k＝2,3,...,n-2)的预测块可以参考编号为k-1的预测块的重建值；编号为kn(k＝1,2,3,...,m-1)的预测块可以参考编号为(k-1)n的预测块的重建值；其他预测块可以参考左侧和上侧的预测块的重建值；
步骤2.2.2根据参考像素获取当前预测块的预测值；可以使用H.265或AVS2视频编码标准中的方法或者其他更好的方法；
步骤2.2.3用当前预测块减去当前预测块的预测值，得到残差；
步骤2.2.4对残差进行变换，得到变换系数；
步骤2.2.5对变换系数进行量化，得到量化后的变换系数；
步骤2.2.6对量化后的变换系数以及预测方式、预测块的形状和大小等信息进行熵编码，得到编码输出比特；
步骤2.2.7对量化后的变换系数进行反量化、反变换，得到重建残差；
步骤2.2.8用重建残差加上预测块的预测值，得到重建的预测块；
步骤2.2.9保存重建的预测块；
实施例二、
本实施例用于经纬图采样时的帧内预测，图6为全景视频的正六面体采样示意图，图6(b)是六面体采样后的一种排列方式，其中底面和背面的文字方向和图6(a)中的文字方向是对应的，表明了面的方向。实际上在六面体采样时，有很多种不同的排列方式，本实施例仅以图6(b)所示的排列方式为例，说明预测时应使用的参考像素的位置。其他的排列方式可以按照本实施例的原则类推。
帧内预测编码过程如下：
步骤一用六面体采样方法对全景视频进行采样，得到图6(b)所示的平面视频；
步骤二依次编码该平面视频的每一帧，包括如下步骤：
步骤2.1将该视频帧划分成若干预测块，得到m行n列预测块，按照光栅扫描顺序编号为0，1，2，...，mn-1；
步骤2.2按照编号从小到大的顺序依次编码预测块，包括如下步骤：
步骤2.2.1根据编号和相邻关系获取当前预测块的参考像素。编号为0的预测块没有任何其他块可以参考；编号大于0且小于2nm/3-n的预测块的预测编码方法和传统的方法相同；编号为2nm/3+k(k＝0,1,2,3,...,n-1)的预测块(图7(a)下部粗线以上的预测块)可以参考编号为0,1,...,n-1的预测块的重建值(图7(a)下部粗线以下的预测块)；如图7(b)所示，左面的第1行预测块可以参考顶面最右侧1列预测块的重建块；左面的最后1行预测块可以参考底面最右侧1列预测块的重建块；左面的最左1列预测块可以参考前面最右侧1列预测块的重建块；左面的最右1列预测块可以参考背面最右侧1列预测块的重建块；如图7(c)所示，右面的第1行预测块可以参考顶面最左侧1列预测块的重建块；右面的最后1行预测块可以参考底面最左侧1列预测块的重建块；右面的最左侧1列预测块可以参考前面最左侧1列预测块的重建块；右面的最右侧1列预测块可以参考背面最左侧1列预测块的重建块；
步骤2.2.2根据参考像素获取当前预测块的预测值；可以使用H.265或AVS2视频编码标准中的方法或者其他更好的方法；
步骤2.2.3用当前预测块减去当前预测块的预测值，得到残差；
步骤2.2.4对残差进行变换，得到变换系数；
步骤2.2.5对变换系数进行量化，得到量化后的变换系数；
步骤2.2.6对量化后的变换系数以及预测方式、预测块的形状和大小等信息进行熵编码，得到编码输出比特；
步骤2.2.7对量化后的变换系数进行反量化、反变换，得到重建残差；
步骤2.2.8用重建残差加上预测块的预测值，得到重建的预测块；
步骤2.2.9保存重建的预测块；
综上所述，本发明一种全景视频帧内预测方法及装置按照全景视频的相邻关系使用尽可能多的重建像素对当前块进行帧内预测，提高了帧内预测的准确程度，从而提高了压缩效率。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。
Claims (10)
1.一种全景视频帧内预测编码方法，包括如下步骤：
步骤一，对全景视频进行采样，将全景视频转化为平面视频；
步骤二，将该平面视频的各视频帧分成若干预测块，根据编码顺序与各预测块的相邻关系使用尽可能多的重建像素对当前预测块进行帧内预测，依次对该平面视频的每一帧进行编码。
2.如权利要求1所述的一种全景视频帧内预测编码方法，其特征在于，步骤二进一步包括：
步骤2.1，将各视频帧划分成若干预测块；
步骤2.2，按照从上到下、从左到右的顺序与各预测块的相邻关系使用尽可能多的重建像素对当前预测块进行帧内预测并编码。
3.如权利要求2所述的一种全景视频帧内预测编码方法，其特征在于，步骤2.2进一步包括：
步骤2.2.1，根据编码顺序和相邻关系获取当前预测块的参考像素；
步骤2.2.2，根据参考像素获取当前预测块的预测值；
步骤2.2.3，利用当前预测块减去当前预测块的预测值，得到残差；
步骤2.2.4，对该残差进行变换，得到变换系数；
步骤2.2.5，对该变换系数进行量化，得到量化后的变换系数；
步骤2.2.6，对量化后的变换系数以及预测方式、预测块的形状和大小进行熵编码，得到编码输出比特；
步骤2.2.7，对量化后的变换系数进行反量化、反变换，得到重建残差；
步骤2.2.8，利用该重建残差加上当前块的预测值，得到重建块；
步骤2.2.9，保存该重建块。
4.如权利要求3所述的一种全景视频帧内预测编码方法，其特征在于：于步骤2.2.1中，根据编码顺序获取参考像素，是指当前预测块使用已经编码的块的重建值进行预测。
5.如权利要求4所述的一种全景视频帧内预测编码方法，其特征在于：根据相邻关系获取参考像素，是指当前预测块使用与当前预测块在原始球面上相邻的块的重建值进行预测。
6.如权利要求5所述的一种全景视频帧内预测编码方法，其特征在于：根据编码顺序和相邻关系获取参考像素是指参考像素所在的块必须同时满足在当前预测块之前编码和在原始球面上与当前预测块相邻两个条件。
7.如权利要求6所述的一种全景视频帧内预测编码方法，其特征在于：该参考像素是指在原始球面上位于当前预测块四周的像素。
8.一种全景视频帧内预测编码装置，包括：
采样转换单元，用于对全景视频进行采样，将全景视频转化为平面视频；
编码单元，用于将该平面视频的各视频帧分成若干预测块，根据编码顺序与各预测块的相邻关系使用尽可能多的重建像素对当前预测块进行帧内预测，依次对该平面视频的每一帧进行编码。
9.如权利要求8所述的一种全景视频帧内预测编码装置，其特征在于，该编码单元包括：
分割单元，用于将视频帧划分成若干预测块；
预测块编码单元，按照从上到下、从左到右的顺序与各预测块的相邻关系使用尽可能多的重建像素对当前预测块进行帧内预测并编码。
10.如权利要求9所述的一种全景视频帧内预测编码装置，其特征在于，该预测块编码单元包括：
参考像素获取单元，根据编码顺序和相邻关系获取当前预测块的参考像素；
预测值获取单元，根据参考像素获取当前预测块的预测值；
残差计算单元，利用当前预测块减去当前预测块的预测值，得到残差；
变换系数计算单元，用于对该残差进行变换，得到变换系数，并对该变换系数进行量化，得到量化后的变换系数；
熵编码单元，用于对量化后的变换系数以及预测方式、预测块的形状和大小进行熵编码，得到编码输出比特；
重建残差计算单元，用于对量化后的变换系数进行反量化、反变换，得到重建残差；
重建块获取单元，利用重建残差加上当前块的预测值，得到重建块，并保存重建块。
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| CN107071445A true CN107071445A (zh) | 2017-08-18 |
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- 2017-04-10 CN CN201710230084.1A patent/CN107071445A/zh active Pending
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